CN102232263A - 用于有源pfc变换器的emi减少电路 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种减少由高频转换电子电路生成的电磁干扰的技术方案。通过将振幅随时间变化的扰动信号添加到高频转换电子电路的有源功率因数校正模块的输入引脚，该输入引脚旨在接收输入功率控制信号，有源功率因数校正模块的转换频率随时间变化，从而使得电磁干扰能量分散在频域中并且减少了电磁干扰。而特别是当高频转换电子电路的电源为DC电源时，所述效果更明显。

Description

用于有源PFC变换器的EMI减少电路

技术领域

本发明涉及电磁干扰抑制，具体而言涉及高频转换电子电路的电磁干扰抑制。

背景技术

当前，应急照明装置（installation）中的电子镇流器是必不可少的。在正常情况中，用于应急照明装置的电源是AC电源；在紧急情况下，例如着火了，用于应急照明装置的电源是DC电源。根据强加在电子镇流器上的新的要求，由这些电子镇流器生成的电磁干扰必须符合预定义的标准以便适合用于其中电源为DC电源和AC电源的情形中的应急照明。电磁干扰（EMI）是指导致器件（device）、传输通道或系统的性能下降的电磁波的电磁现象。

当使用有源功率因数校正模块的电子镇流器由AC电源供电时，它的所生成的EMI的能量对应于标准CISPR15。然而，当它由DC电源供电时，EMI能量集中在某些频率点处并且超过标准CISPR15的极限值。

发明内容

为解决上面提及的现有技术的问题，本发明的实施例提供一种减少由具有有源功率因数校正模块的高频转换电子电路、特别是由电子镇流器生成的EMI的技术方案。本发明的实施例提供一种减少由包括有源功率因数校正模块的高频转换电子电路生成的EMI的方法，其中该方法包括步骤：b.生成振幅随时间变化的扰动信号；以及c.将所述扰动信号添加到有源功率因数校正模块的输入引脚（pin），该输入引脚旨在接收输入功率控制信号。

本发明的另一个实施例提供一种用于减少由包括有源功率因数校正模块的高频转换电子电路生成的EMI的抑制电路，其中所述抑制电路包括扰动信号模块，扰动信号模块被配置为生成振幅随时间变化的扰动信号并且将所述扰动信号添加到有源功率因数校正模块的输入引脚，该输入引脚旨在接收输入功率控制信号。

本发明的另一个实施例提供一种电子镇流器。所述电子镇流器包括上面提及的抑制电路。

本发明的又一个实施例提供一种包括有源功率因数校正模块的高频转换电子电路，其中所述电子电路进一步包括微控制器，微控制器被配置为生成振幅随时间变化的扰动信号并且将所述扰动信号添加到有源功率因数校正模块的输入引脚，该输入引脚旨在接收输入功率控制信号。

高频转换电子电路在本文中被理解为意指这样的电子电路：其通过使用高频转换技术来使隔离耦合变压器实现高频以及噪声的小型化和自由（miniaturization and freedom of noise），例如使用MOSFET作为转换器件的有源功率因数校正升压变换器（boost converter），缩写为有源功率因数校正模块。

通过将振幅随时间变化的扰动信号添加到高频转换电子电路的有源功率因数校正模块的输入引脚，该输入引脚旨在接收输入功率控制信号，有源功率因数校正模块的转换频率因此随时间变化，从而使得EMI能量分散在频域中并且减少了EMI干扰。因此，由高频转换电子电路生成的EMI可以被有效地减少，而该效果在其中高频转换电子电路的电源为直流的情况下甚至更加明显。

附图说明

本发明的其他目的、特征和优点将根据通过非限制性实例给出并参照附图描述的实施例的如下描述而清楚明白，在附图中

图1示出根据本发明的实施例的包括抑制电路的电子镇流器的部分电路结构；

图2是图1中所示的抑制电路的工作流程图；

图3示出当图1中所示的电子镇流器的电源是AC电源时功率校正因数控制电路的引脚MULTI的电压波形；

图4（a）和4（b）分别示出在具有抑制电路和不具有抑制电路的情况下由图1中所示的电路生成的EMI的能量分布，其中所述电路由DC电源供电；以及

图5示出根据本发明的另一个实施例的抑制电路的电子镇流器的部分电路结构。

在附图中，相同或相似的参考标记或数字表示相同或相似的步骤、特征和/或设备（模块）。

具体实施方式

图1示出根据本发明的实施例的包括抑制电路的电子镇流器的部分电路结构。该图包括电源11、半桥式整流器电路12、有源功率因数校正模块13和抑制电路14的一个实例的示意图。有源功率因数校正模块13基于峰值检测的原理并且包括主电路和控制电路。该控制电路由STMicroelectronics所提供的芯片L6561实现。

由于本发明主要涉及有源功率因数校正模块13的改进，所以将省去对电子镇流器的其他必要组件（例如逆变电路、输出网络等）的进一步描述，因为这些组件与本发明没有直接关系。这些其他必要组件的细节在例如参考文献1：“Principle and Design of new type Electronic Ballast Circuits”(MAO Xingwu,ZHU Dawei,Posts&Telecom Press,September 2007)中描述。

与现有的电子镇流器电路相比，图1的虚线框14中所示的电路是新增加的EMI抑制电路，其包括微控制器141、限流电阻器144以及电阻器142和143。电阻器142和143构成采样模块，用于采样电子镇流器的电源的波形信号V_mains并且用于向微控制器141提供波形信号V_mains。

图2是图1中所示的抑制电路的工作流程图。图2中所示的步骤现在将参照图1详细阐述。

首先，在步骤S201中，微控制器141确定电子镇流器的电源是否是DC电源。参照图1中所示的抑制电路，微控制器141借助从采样电阻器142和143之间的节点采样的信号V_mains的波形具体地确定电子镇流器的电源是否是DC电源。如果该电源是AC电源，则信号V_mains的波形在经过桥式整流器电路之后应当是如图3中所示的半正弦形。当然，该波形的振幅将由于采样电阻器的不同电阻的原因而是不同的。如果电源是DC电源，则信号V_mains的波形在经过桥式整流器之后应当是直线，即它的振幅不随时间改变。

如果在步骤S201中微控制器141确定了电子镇流器的电源是DC电源，则在步骤S202中微控制器141将生成振幅随时间变化的扰动信号（disturbance signal）。

随后，在步骤S203中，微控制器141将扰动信号添加到电子镇流器的有源功率因数校正模块13的输入引脚，该输入引脚旨在接收输入功率控制信号。对于图1中所示的电路结构，该扰动信号通过限流电阻器144添加到引脚MULTI。最初，MOSFET 131的转换频率在镇流器由DC电源供电的情况下不随时间变化。由于振幅随时间变化的扰动信号对MOSFET 131的转换频率的影响，MOSFET 131的转换频率随时间变化，从而使得最初由MOSFET 131的固定转换频率引起的EMI能量的分布分散在频域中，这降低了EMI的强度。

图4（a）和4（b）分别示出在具有抑制电路14和不具有抑制电路14的情况下由图1中所示的电路生成的EMI的能量分布，其中所述电路由230V DC电源供电。在图4（b）中所示的电路中，微控制器141首先生成具有50%占空比的100MHz方波并且然后将该方波变形为纹波（ripple），该纹波然后被添加到引脚MULTI。

在图4（a）和4（b）中，虚线41表示标准CISPR15中EMI能量的准峰（QP）值的极限值，虚线42表示标准CISPR15中EMI能量的平均值的极限值，曲线43表示由电子镇流器生成的EMI能量的QP值，以及曲线44表示由电子镇流器生成的EMI能量的平均值。

如可从图4（a）看出，由电磁辐射接收器接收的EMI能量的QP值在频率点77.5KHz处为85.82dBμV，并且标准CISPR15中提供的极限值为86.01dBμV，即它们的差仅为0.19dBμV。在图4（b）中，由电磁辐射接收器接收的EMI能量的QP值在频率点77.5KHz处为55dBμV。在图4（b）中，最大干扰在频率点67.72KHz处，由电磁辐射接收器接收的EMI能量的QP值为81.57dBμV，以及标准CISPR15中的极限值为87.24dBμV，即它们的差为5.67dBμV。可以看出，通过使用本发明的抑制方法和电路有效地减少了由电子镇流器生成的EMI能量，特别是在某些频率点处的能量。

应当注意，图1中所示的抑制电路的结构仅仅是实例。实际上，可以基于图1中所示的电路结构进行各种修改。例如，采样电阻器142和143在整个镇流器电路中的位置不是受限的，而是可以位于任何位置，只要微控制器141能够确定电子镇流器的电源是DC电源还是AC电源。电阻器142和143也可以连接在电源与桥式整流器电路之间。而且，电阻器142和143可以分别由一个或多个电阻器构成。可替代地，作为图1中所示的由电阻器142和143构成的采样模块的变形，微控制器141的引脚V_mains 也可以直接连接到引脚MULTI，其是有源功率因数校正模块的输入引脚，该输入引脚旨在接收输入功率控制信号，即单个导线完成采样功能。

在图2中所示的流程图中，步骤S201不是本发明的必需步骤，同时微控制器也不需要确定电子镇流器的电源是DC电源还是AC电源。实际上，无论电源是DC电源还是AC电源，微控制器141将扰动信号添加到引脚MULTI，其是有源功率因数校正模块的输入引脚，该输入引脚旨在接收输入功率控制信号。

而且，在本发明中，限流电阻器144也不是必不可少的。如果流经微控制器141的输出引脚的电流在微控制器141所允许的范围内，则不需要额外的限流电阻器。而且，限流电阻器144也可以被布置在微控制器141内。

应当进一步注意，可以根据有源功率因数校正电路的所使用的参数和实践中的物理环境来调节扰动信号的频率和振幅，并且其波形也不是受限的，只要它的振幅随时间变化。所述波形可以包括各种规则的和/或不规则的波形，例如方波、纹波、三角波、阶梯方波等等。扰动信号可以是电压信号或电流信号，这取决于是电压源还是电流源被用作用于有源功率因数校正模块的电源。

图2中所示的方法和图1中所示的抑制电路14适用于各种有源功率因数校正模块，例如基于峰值检测、滞环或平均电流原理等的有源功率因数校正模块。这些有源功率因数校正模块的具体电路在参考文献1或2：“Principle of Power Factor Correction and Control IC and Application Designs thereof”(MAO Xingwu,ZHU Dawei,China electrical power press,November 2007)中描述。而且，存在用于有源功率因子校正的各种控制电路，不限于附图中所示的L6561。可以参照用于有源功率因子校正模块的各种控制电路的参考文献1和2中所描述的实例。

图2中所示的方法和图1中所示的抑制电路14也不限于用于电子镇流器，而是也适用于包括有源功率因数校正模块的其他高频转换电子电路。

图5示出根据本发明另一个实施例的用于减少由电子镇流器生成的EMI的抑制电路51的另一个电路结构。抑制电路51包括扰动信号模块511、采样模块512和检测模块513。为了简明起见，许多优选实施例的模块在图5中一起被示出。对本领域技术人员而言，显然在所有模块之中，只有扰动信号模块511是本发明的抑制电路所必需的模块，而采样模块512和检测模块513是可选的。

在图5中，扰动信号模块511生成振幅随时间变化的扰动信号，并且然后将该扰动信号添加到作为电子镇流器的有源功率因数校正模块的输入引脚的引脚MULTI，该引脚旨在接收输入功率控制信号。如上所述，扰动信号的频率和振幅可以根据有源功率因数校正电路的所使用的参数和实践中物理环境来调节，并且其波形也不受限，只要它的振幅随时间变化。所述波形可以是各种规则的和/或不规则的波形，例如方波、纹波、三角波、阶梯方波等等。扰动信号可以是电压信号或电流信号，这取决于是电压源还是电流源被用作用于有源功率因数校正模块的电源。扰动模块511的功能可以通过硬件电路实现或以这样的方式实现：其中图1中所示的微控制器执行具有对应功能的程序。

在某些时候，仅在其中电子镇流器的电源是DC电源的情况下，扰动信号模块511生成扰动信号并将它添加到有源功率因数校正模块的输入引脚，该输入引脚旨在接收输入功率控制信号。这里，抑制电路51的工作流程描述如下。

首先，采样模块512采样电子镇流器的电源的波形信号并且将该波形信号提供给检测模块513。采样模块512在整个镇流器电路中的位置不受限制；它可以定位在任何位置，只要检测模块513能够确定电子镇流器的电源是DC电源还是AC电源。例如，采样模块512连接到电子镇流器的电源或有源功率因数校正模块的电源的两个端子，如图5中所示。如图1中所示，采样模块512可以包括串联连接的两组电阻器，其中波形信号在这两组电阻器的公共节点处被采样。可替代地，采样模块仅由导线构成，其将采样模块与有源功率因数校正模块的输入引脚连接，该输入引脚旨在接收输入功率控制信号，其中波形信号在有源功率因数校正模块的该输入引脚处被采样。

随后，检测模块513通过检测由采样模块512采集的波形信号确定电子镇流器的电源是否是DC电源。存在确定电源是否是DC电源的许多方法。优选的方法已经在上面在图2中的步骤S201中描述。检测模块513的功能可以通过硬件电路或以其中图1中所示的微控制器141执行具有对应功能的程序的方式来实现。

如果检测模块513确定了电子镇流器的电源是DC电源，则它控制扰动信号模块511以生成扰动信号并将该扰动信号添加到有源功率因数校正模块的输入引脚，该输入引脚旨在接收输入功率控制信号。

应当注意，图5中所示的抑制电路的功能可以通过硬件电路或借助于软件和硬件的组合来完全实现。在图1所示的抑制电路中，图5中所示的扰动信号模块511和检测模块513的功能可以以其中微控制器141执行具有对应功能的程序的方式完全实现。可替代地，它可以借助于软件和硬件的组合来实现。例如，图1中所示的抑制电路包括微控制器141、采样电阻器142和143以及限流电阻器144。

图5中所示的抑制电路适用于各种有源功率因数校正模块，例如基于峰值检测、滞环或平均电流原理等的有源功率因数校正模块。而且，其应用范围不限于用于电子镇流器，而是还适用于包括有源功率因数校正模块的高频转换电子电路。

对于本领域技术人员而言，显然，本发明不限于本文前面所描述的特定实施例并且可以在不背离所附权利要求的范围和精神的情况下进行各种修改。

Claims (15)

1. 一种减少由包括有源功率因数校正模块的高频转换电子电路生成的电磁干扰的方法，其中该方法包括步骤：

b）：生成振幅随时间变化的扰动信号；

c）：将所述扰动信号添加到有源功率因数校正模块的输入引脚，该输入引脚旨在接收输入功率控制信号。

2. 根据权利要求1的方法，其中，在步骤b之前，该方法还包括步骤a）：确定高频转换电子电路的电源是否是DC电源；以及其中如果高频转换电子电路的电源是DC电源，将执行步骤b）和c）。

3. 根据权利要求1的方法，其中扰动信号包括电压信号。

4. 根据权利要求1的方法，其中有源功率因数校正模块基于峰值检测原理、滞环原理或平均电流原理。

5. 根据权利要求1的方法，其中高频转换电子电路包括电子镇流器。

6. 一种用于减少由包括有源功率因数校正模块的高频转换电子电路生成的电磁干扰的抑制电路，其中该抑制电路包括：

扰动信号模块，其被配置为生成振幅随时间变化的扰动信号并且将所述扰动信号添加到有源功率因数校正模块的输入引脚，该输入引脚旨在接收输入功率控制信号。

7. 根据权利要求6的抑制电路，进一步包括采样模块和检测模块，其中

采样模块被配置为采样高频电子电路的电源的波形信号并将该波形信号提供给检测模块；

检测模块被配置为通过检测由采样模块采样的波形信号确定高频转换电子电路的电源是否是DC电源；以及

如果检测模块确定高频转换电子电路的电源是DC电源，则检测模块控制扰动信号模块以生成振幅随时间变化的扰动信号并且将所述扰动信号添加到有源功率因数校正模块的输入引脚，该输入引脚旨在接收输入功率控制信号。

8. 根据权利要求7的抑制电路，其中采样模块耦合在高频转换电子电路的电源或有源功率因数校正模块的电源的两个端子之间并且包括串联连接的两组电阻器，其中波形信号在这两组电阻器的公共节点处被采样；或者

采样模块连接到有源功率因数校正模块的输入引脚，该输入引脚旨在接收输入功率控制信号，其中所述波形信号从有源功率因数校正模块的输入引脚被采样，该输入引脚旨在接收输入功率控制信号。

9. 根据权利要求6的抑制电路，其中扰动信号包括电压信号。

10. 根据权利要求6的抑制电路，其中有源功率因数校正模块基于峰值检测原理、滞环原理或平均电流原理。

11. 一种电子镇流器，其包括根据权利要求6-10中任一项的抑制电路。

12. 一种包括有源功率因数校正模块的高频转换电子电路，其中所述电子电路进一步包括：

微控制器，其被配置为生成振幅随时间变化的扰动信号并且将所述扰动信号添加到有源功率因数校正模块的输入引脚，该输入引脚旨在接收输入功率控制信号。

13. 根据权利要求12的高频转换电子电路，进一步包括：

采样模块，其被配置为采样高频转换电子电路的电源的波形信号并将该波形信号提供给微控制器；

微控制器被进一步配置为：

根据由采样模块提供的所述波形信号确定所述电子电路的电源是否是DC电源；

随后如果电子电路的电源是DC电源则生成扰动信号并且将所述扰动信号添加到有源功率因数校正模块的输入引脚，该输入引脚旨在接收输入功率控制信号。

14. 根据权利要求13的高频转换电子电路，其中

采样模块耦合在高频转换电子电路的电源的两个端子之间并且包括串联连接的两组电阻器，其中所述波形信号在这两组电阻器的公共节点处被采样；或者

采样模块连接到有源功率因数校正模块的输入引脚，该输入引脚旨在接收输入功率控制信号，其中所述波形信号从有源功率因数校正模块的输入引脚被采样，该输入引脚旨在接收输入功率控制信号。

15. 根据权利要求12的高频转换电子电路，包括电子镇流器。

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